e conduzione degli impianti alla luce delle più recenti pubblicazioni

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1 Reggio Emilia 31 maggio 2013 Progettazione e conduzione degli impianti alla luce delle più recenti pubblicazioni Floriana Romagnolli ecologa (studio VIS) 1

2 Contenuti Presentazione ultime pubblicazioni fitodepurazione Un po di storia Le tre tipologie impiantistiche e i sistemi ibridi Cosa è e cosa non è fitodepurazione Quali piante? Linee progettuali, relaizzazione, gestione Esempi applicativi 2

3 PUBBLICAZIONI ISPRA (2012) - Guida tecnica per la progettazione e gestione dei sistemi di fitodepurazione per il trattamento delle acque reflue urbane APAT (2005) - Linee guida per la progettazione e gestione di zone umide artificiali per la depurazione dei reflui civili Romagnolli F. (2013) - Fitodepurazione. Gestione sostenibile delle acque. Dario Flaccovio editore Bresciani R., Masi F., (2013) - Manuale pratico di fitodepurazione. Terra Nuova Edizioni 3

4 ZONE UMIDE 4

5 Zone umide > fitodepurazione Già gli antichi romani utilizzavano l Agropontino per il trattamento dei reflui e piante come Taxodium disticum per il fitorimedio. Gli ecosistemi acquatici hanno la naturale capacità di autodepurarsi. Dall osservazione e studio dei fenomeni che regolano i processi di autodepurazione delle zone umide nasce l idea di creare sistemi ingegnerizzati allo scopo di depurare le acque reflue. 5

6 Dove nasce? Si devono attendere gli anni 50 per avere i primi studi in Germania di Kathe Siedel al Max Planck Institute di Plon (Siedel, 1955) e gli anni 70 per il primo impianto a scala reale a flusso sommerso orizzontale per il trattamento di reflui urbani a Othfresen (Kickut, 77). 6

7 Dalla Germania all Europa La Germania è il paese in cui sono presenti il maggior numero di impianti a flusso sommerso (soprattutto verticale) poiché da anni hanno scelto di utilizzare queste tecniche per il trattamento delle piccole e medie utenze. I sistemi a flusso sommerso sono i più appropriati per il contesto europeo per il miglior rapporto tra superficie ed efficacia di trattamento e la possibilità d inserimento anche in aree urbane e periurbane. 7

8 Dall Europa al mondo A metà degli anni 80 le tecnologie di depurazione naturali si affermano in Europa (Germania, Inghilterra, Austria, Danimarca) negli Stati Uniti e Australia e si cominciano a pubblicare le prime linee guida di progettazione. 8

9 E in Italia? Nel nostro secolo la diffusione è capillare e anche l Italia con il D.lg 152/99 riconosce ufficialmente la fitodepurazione come tecnologia appropriata di cui è auspicabile la diffusione nel nostro territorio. Ciò è accaduto nonostante le condizioni meteoclimatiche siano più favorevoli rispetto ad esempio ai paesi nordeuropei. 9

10 Utilizzo 10 Reflui domestici e assimilati Reflui urbani Reflui industriali Agrozootecnici (caseifici, cantine, sala di mungitura,..) Acquacoltura Cartiere, industrie tessili e alimentari Percolato di discarica Fanghi di depurazione Acque meteoriche di dilavamento superficiale Riqualificazione fluviale Biopiscine

11 REFLUI DOMESTICI 11

12 REFLUI ASSIMILATI DOMESTICI SALA DI MUNGITURA 12

13 REFLUI INDUSTRIALI INDUSTRIA IMBOTTIGLIAMENTO LATTE 13

14 DISIDRATAZIONE FANGHI 14

15 RIQUALIFICAZIONE FLUVIALE 15

16 BIOPISCINE 16

17 BIOPISCINE 17

18 3 TIPOLOGIE IMPIANTISTICHE 18

19 FLUSSO SOMMERSO ORIZZONTALE 19

20 FLUSSO SOMMERSO ORIZZONTALE 20

21 FLUSSO SOMMERSO ORIZZONTALE (Fonte: Bresciani, 2013) 21

22 FLUSSO SOMMERSO VERTICALE 22

25 VERTICALE ALLA FRANCESE (Fonte: Bresciani, 2013) 25

26 FLUSSO SUPERFICIALE 26

27 FLUSSO SUPERFICIALE 27

28 SISTEMI IBRIDI Fonte: 28

29 Sistemi a biomassa sospesa Flusso superficiale (FWS) Fanghi attivi 29

30 Sistemi a biomassa adesa Flusso sommerso (HF e VF) Biodischi 30

31 CONFRONTO 31 Sistemi naturali Estensivi Bassa tecnologia Bassi costi di gestione legati alla vegetazione e ispezione dei sistemi di ingresso e uscita reflui Assenza di fanghi da smaltire in discarica Impatto ambientale nullo (al contrario aumento della naturalità e del valore paesaggistico dell area Tecniche impiantistiche Intensivi Media/alta tecnologia Costi di gestione annuale legati all uso costante di energia elettrica e allo spurgo dei fanghi prodotti dal processo e utilizzo di reagenti chimici Presenza di fanghi da smaltire in discarica Impatto ambientale a volte considerevole dato dall odore sgradevole e dai manufatti di calcestruzzo che possono essere anche fuori terra

32 VANTAGGI FITODEPURAZIONE Assenza di manutenzione e gestione specializzata Adattamento a scarichi discontinui/stagionali Riduzione dei consumi di energia elettrica Ottimi rendimenti di depurazione Possibilità di riutilizzo dell acqua depurata 32

33 TECNICHE IMPIANTISTICHE SISTEMI DI TRATTAMENTO Disco biologico (biodisco) Filtro percolatore (filtro batterico aerobico) Filtro batterico anaerobico Impianto ad ossidazione totale 33

34 TECNICHE IMPIANTISTICHE Biodischi Filtro percolatore Filtro batt anaerobico Ossidazione totale Trattamento primario si si si si Richiesta di energia elettrica si si no si Adatto per scarichi isolati (utenze <200 a.e.) si/no si si si/no 34

35 SISTEMI NATURALI IMPIANTISTICI Fito- HF Filtro percolatore Filtro batt anaerobico Ossidazione totale Trattamento 1 I+D I+D I+D D Scarico H 2 O sup. si si no si Smaltimento annuale fanghi no si si si Uso di elettricità no si no si I= Imhoff D= degrassatore FITO- HF= fitodepurazione a flusso sommerso orizzontale 35

36 SISTEMI NATURALI IMPIANTISTICI esempio costi per 15 a.e. Fito- HF Filtro percolatore Filtro batt anaerobico Ossidazione totale Trattamento Realizzazione (euro) Gestione fanghi (euro/anno) Gestione elettricità (euro/anno) FITO- HF= fitodepurazione a flusso sommerso orizzontale 36

37 ALTRI SISTEMI NATURALI Lagunaggio Vassoio assorbente Evapotraspirazione con salici Sistemi filtro forestali fitorimedio 37

38 SUB-IRRIGAZIONE - 1 La normativa (DGR 1053/03) consente lo smaltimento dei reflui tramite sub-irrigazione per edifici mono-bi familiari o ad uso discontinuo/periodico con utenza inferiore a 50 a.e. Non è un sistema di depurazione Può essere utilizzato per lo scarico sul suolo (solo scarichi isolati) a valle di un trattamento secondario 38

39 SUB-IRRIGAZIONE - 2 E necessario precisare che la sub-irrigazione ampliamente applicata negli ultimi 50 anni come trattamento di acque reflue provenienti soprattutto da piccole utenze è spesso da considerarsi inadeguata. Tale tecnica permette di smaltire un refluo nel terreno e non di trattarlo, con il conseguente rischio di contaminazione delle acque sotterranee. (fonte: ANPA, 2005) 39

40 VASSOIO ASSORBENTE 40

41 VASSOIO ASSORBENTE Sono sistemi costituiti da bacini impermeabili riempiti di ghiaia, terra e torba e piantumati con piante ornamentali Sono sistemi ad evapotraspirazione totale che necessitano di ampie superfici e climi aridi per poter funzionare. (Vismara, 2001) L esperienza ha dimostrato che dopo poco tempo il sistema si intasa con conseguente creazione di fenomeni di ristagno dei reflui sulla superficie e insorgenza di cattivi odori 41

42 RIUSO REFLUI DEPURATI 42

43 FUNZIONAMENTO Un impianto di fitodepurazione è un ecosistema aperto costituito da elementi biotici e abiotici in stretta relazione fra loro. Esso risente dell influenza esterna della radiazione solare: bilancio idrico, cinetiche chimiche di reazione, ecc.) 43

44 BILANCIO IDRICO 44

45 RIMOZIONE INQUINANTI INQUINANTI Solidi sospesi BOD5 COD Azoto Fosforo Microrganismi patogeni Metalli Idrocarburi Idrocarburi di sintesi (pesticidi, composti clorurati, solventi, ecc) 45

46 MECCANISMI DI RIMOZIONE FISICI CHIMICI BIOLOGICI Sedimentazione Radiazione UV Degradazione batterica Filtrazione Precipitazione Ossido-riduzione batterica Adsorbimento Scambio ionico complessazione Volatilizzazione Evaporazione Assorbimento radicale Fotosintesi Predazione Morte naturale Azione antibiotica essudati radicali 46

47 FUNZIONE PIANTE - 1 Parte pianta Funzione Attenua radiazione luminosa = - alghe (FWS) Isolamento nella stagione invernale (SSF) Parte aerea Riduzione velocità vento = + sedimentazione (FWS) Estetica Stoccaggio nutrienti Filtrazione materiali grossolani in sospensione Riduzione velocità acqua=+ sedimentazione Parte immersa in acqua Superficie di crescita per biofilm batterico Assorbimento nutrienti Riducono erosione superficiale del medium di reimpimento Riducono clogging nei VF Radici e rizomi Rilasciano ossigeno Rilasciano sostanze antibiotiche 47

48 TRASPORTO OSSIGENO 48

49 FUNZIONE PIANTE - 2 Funzione FWS HF VF Riduzione della velocità delle corrente Attenuazione della luce Isolamento termico Stabilizzazione della superficie del medium Prevenzione dell intasamento del medium Substrato per biofilm Assorbimento nutrienti Trasferimento di ossigeno Ricreazione di habitat per fauna Aspetto estetico

50 QUALI SPECIE? Saranno da preferire specie autoctone erbacee perenni adatte a terreno saturo d acqua, «rustiche», competitive e resistenti alle malattie e a condizioni avverse al loro normale sviluppo in natura. Devono avere una buona resistenza a carichi organici anche elevati e ad eventuali sostanze tossiche presenti nei reflui. 50

51 PIANTE AQUATICHE 51

52 QUALI SPECIE? 52

53 QUALI SPECIE? 53

54 QUALI SPECIE? 54

55 SPECIE Elofite --- Phragmites australis 55

56 Phragmites australis L. (cannuccia di palude) 56

57 APPARATO RADICALE Schoenoplectus lacustris Typha angustifolia 57

58 ALLOCTONE: NO GRAZIE! 58

59 ALLOCTONE: NO GRAZIE! 59

60 PROGETTAZIONE - 1 Indagini preliminari Caratteristiche dello scarico Normativa, vincoli, autorizzazioni Pre-trattamenti Configurazione idraulica impermeabilizzazione Inserimento paesaggistico Lay-out impianto 60

61 Albero decisionale PROGETTAZIONE - 1 (Fonte: APAT,2005) 61

62 PROGETTAZIONE - 2 Per ogni tipologia di vasca scelta (HF;VF;FWS): Dimensionamento Riempimenti Geometria delle vasche Sistemi di alimentazione e collettamento reflui 62

63 DIMENSIONAMENTO HF Il modello di funzionamento di un sistema a flusso sommerso approssima un reattore di tipo plug-flow a biomassa adesa in cui le sostanze sono degradate secondo cintiche del primo ordine (ISPRA, 2012). Questo tipo di dimensionamento è stato adottato anche in Italia. 63

64 DIMENSIONAMENTO HF 64

65 DIMENSIONAMENTO HF Area superficiale Area trasversale 65

66 DIMENSIONAMENTO VF I sistemi a flusso sommerso verticale vengono dimensionati in base alla richiesta di ossigeno necessario all ossidazione del BOD5 e dell ammonio contenuti nel refluo da trattare(ispra, 2012). Il coefficiente di areazione superficiale permette di calcolare l area superficiale. 66

67 DIMENSIONAMENTO VF 67

68 DIMENSIONAMENTO FWS Il dimensionamento dei bacini prevede l utilizzo di equazioni cinetiche che si basano sulla rimozione dei principali parametri di inquinamento: BOD5, ammoniaca e nitrati. 68

69 DIMENSIONAMENTO FWS I lay-out possibili sono innumerevoli e dipendono dalla morfologia dell area di intervento. Sono da evitare cortocircuiti idraulici, perdite di carico, erosione. Sono caratterizzati da una forte naturalità poiché devono ricreare le caratteristiche idrauliche, biologiche e ambientali di una zona umida. 69

70 DIMENSIONAMENTO FWS 70

71 DIMENSIONAMENTO FWS 71

72 Rendimenti di depurazione 72

73 SCHEMI DI IMPIANTO - 1 pozzetto Fitodepurazione pozzetto di campionamento 73

74 SCHEMI DI IMPIANTO - 1 Sistema SFS-v pozzetto di ispezione SERBATOIO di ACCUMULO Sitema di pompaggio 74

75 SCHEMI DI IMPIANTO

76 SCHEMI DI IMPIANTO - 1 Figura 12 Schema impianto di fitodepurazione misti:vf-hf 76

77 SCHEMI DI IMPIANTO - 1 SFS-v IN Pre-tratt Sedimentazione SFS-h SFS-v SFS-v SFS-v SFS-h FWS OUT SFS-v SFS-h SFS-v SFS-h SFS-v SFS-v Figura 12 Schema impianto di fitodepurazione misti:vf-hf 77

78 REALIZZAZIONE La realizzazione dell impianto deve essere molto accurata e corrispondente al progetto inclusa la sequenza delle opere: 78

79 DRENAGGIO URBANO SOSTENIBILE 79

80 REFLUI URBANI 80

81 REFLUI DOMESTICI SETTORE TURISTICO 81

82 REFLUI DOMESTICI SETTORE TURISTICO 82

83 REFLUI INDUSTRIALI: CASEIFICIO 83

84 ACQUE METEORICHE: EXPO

85 In corso di pubblicazione, editrice Il Campo, Bologna 85

86 86 GRAZIE PER L ATTENZIONE!